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數位音頻轉換技術的先驅,專訪dCS行銷經理Martin Reynolds談獨家Ring DAC技術


負責dCS全球行銷的Martin Reynolds得繞著地球跑,八月台灣國際Hi-End音響大展才碰過面,十月我採訪東京國際音響展時又見到他。

實體音樂CD銷售數字近年內不斷下滑,數位音樂檔案的下載銷售持續熱絡是不爭的事實。自詡為「全世界數位音頻轉換技術領導者」(World leaders in digital audio conversion technology)的英國數位音樂訊源名廠dCS,自然不會在此一潮流中缺席,早在去年八月就宣告將推出對應電腦數位音樂檔案播放的一系列製品。本站於去年十月初便搶先報導了Scarlatti Upsampler與Puccini U-Clock,兩個月前再以最快的速度詳細介紹剛推出的Paganini Upsampler,至此dCS由最高等級旗艦Scarlatti系列、中堅機種Paganini系列到入門級產品Puccini的新家族成員就全都到齊了。關於Scarlatti Upsampler、Paganini Upsampler與Puccini U-Clock這三部新製品,先前本站的幾篇搶先報導裡已經解說得十分詳細,我在訪問dCS行銷經理Martin Reynolds時,他看了也表示就產品的介紹而言已經超級詳盡,沒有進一步的解說。因此,我們討論話題的重點,就放在何以dCS對自家的數位音訊處理技術那麼有自信,以及這三款新製品共通的功能——以USB輸入端子對應電腦數位音樂播放上頭。

創立於1987年的dCS公司全名是Data Conversion Systems Limited,這顯示他們專精於資料的轉換,具體而言是距焦於電子訊號的類比/數位、數位/類比與數位/數位的轉換等領域。早期他們是英國軍方精密電子軟硬體工程的設計顧問,基於軍事設備與商業衛星對於性能及精密度的嚴格要求,dCS製品從一開始就是以最高等級的要求製作,相關的技術也都是箇中翹楚,這當然也包括Hi-End音響相關數位訊源在內。事實上,dCS在此一領域內的技術開發可說始終領先業界,不斷持續奪得許多「世界第一」,包括24bit/96kHz類比數位轉換器、24bit/96kHz數位類比轉換器、24bit/96kHz數位數位轉換器、24bit/192kHz類比數位轉換器、24bit/192kHz數位類比轉換器以及DSD類比數位與數位類比轉換器等,dCS都取得全球第一家推出的殊榮,難怪由專業錄音室跨入Hi-End音響品牌才大約十個年頭,dCS就成為業界最受矚目的黑馬、公認的頂級指標。 

數位聲音訊號轉換是很專門的學問,但終極追求的其實就是趨近於原始類比波形的重現,上圖是dCS的Ring DAC(他們對自家數位類比轉換電路的稱呼)為何比其他聲音處理模式更優異的解說,從上到下分別是16bit/44.1kHz(CD格式)、24bit /176.4kHz、Ring DAC的5bit/2.822MHz與SACD/DSD的1bit/2.822MHz,四個圖表的橫軸時間間隔是相同的,可以發現Ring DAC具備與原類比波形最接近的表現,Martin說24bit/176.4kHz表面上看來有多達16,777,216的不同位階,但由於時間間隔分割 僅有CD 44.1kHz的四倍,實際運用時並不夠細膩。而SACD/DSD高達2.822MHz的時間分割夠細緻,但位元流的作法讓它僅能以疏密波方式呈現波形的斜率變化,動態及精確度都未臻完美。於是dCS的Ring DAC在SACD/DSD相同的2.822MHz時間分割基礎上,以多位元的方式來描繪波形變化,雖然現行Ring DAC 5bit/2.822MHz僅能標註32個高度位階,但由於2.822MHz的極細密分割,已能十分精確地描繪曲線波形。至於為何選用5bit?更多位元數不是更好嗎?請看後文說明。

當前dCS的數位訊源器材,價位由高至低區分為Scarlatti、Paganini與Puccini等三大系列,除去最近一年內各自加入的一件新製品,Scarlatti與Paganini都是由SACD/CD轉盤、數位類比轉換器(DAC)與主時鐘(Master Clock)所組成的,至於入門級的Puccini則是一體式的SACD/CD唱盤,三個系列的價位由低至高是呈倍數增加的,但有趣的是Martin強調它們全都使用相同的控制電路板,連技術核心的Ring DAC數位類比轉換電路也一樣!但由於三者所使用的雷射讀取機構、機箱結構和電源供應都不相同,更高階產品還動用了更多昂貴的阻尼材料來抑制機箱的微小振動,就是這些「精益求精」的細節注重及追求,造就Puccini、Paganini到Scarlatti越來越優異的性能表現,看來這又是音響迷及音響器材追求極致必須「吹毛求疵」的一項例證。 

左圖底部正方形的大電路板是dCS的控制板,上方連接的長方形較小的電路板就是聲音處理核心的Ring DAC。右圖則為控制板單獨的俯視圖,藍色線框標示出各主要的區塊,包括電源供應(Power Supply)、可程式化輸入輸出介面(Programmable I/O)、相位鎖定迴路(Phase Locked Loop)、可程式化數位運算處理核心(FPGA & DSP)與微控制器及記憶體(Microcontroller & memory)等,雖說dCS全系列產品都用相同的控制板,但由於上頭軟體程式的可塑性很高,還是能針對不同產品做最佳化設計。

dCS原廠對Ring DAC電路板各區塊劃分的說明,由右到左分別為電源穩壓(Power Regulators)Ring DAC數位類比轉換電路、混合級與類比濾波器(Mix stages and Analogue Filters)與A類放大平衡及非平衡輸出級(Class A Balanced Output & Unbalanced Output Stages),一塊電路板從電源、數位類比轉換到後續的類比信號輸出全都包辦了。

左圖是Ring DAC電路板類比部分之特寫,可以看到它是左右聲道完全對稱的全平衡架構,上頭WIMA電容及DALE電阻等高級元件羅列,電路板左側有四「串」用螺絲鎖 固的元件應該是穩壓晶體,每三個一組緊貼並用螺絲鎖緊,所求應該是讓它們的溫度一致,連這樣的細節都注意到了,dCS的好聲果然是一點一滴用心之累積。
右圖就是dCS技術核心Ring DAC電路的特寫,完全不使用任何市場上現有的DAC晶片,而是自行開發的獨門技術(事實上,目前也沒有與Ring DAC功能相同的2.822MHz取樣頻率多位元DAC晶片)。對了,為何Ring DAC定案於5bit/2.822MHz的規格?同樣在2.822MHz的取樣頻率下,位元數再提高所能定義的位階更多,再生波形不是會更為精準嗎?關於這個問題,Martin的回答是更多位元數處理,理論上確實會更好,但每提高一個bit所需要的晶片數就要增加一倍,那不僅意味著電路板要加大,所需的成 本也會暴增。由於2.822MHz的時間間隔非常細密,5bit的32位階已經相當足夠,這是考量成本與性能所取得的平衡點。

話題回到Scarlatti Upsampler、Paganini Upsampler與Puccini U-Clock等三部新製品,前兩項Upsampler的產品正式名稱為「數位/數位音頻訊號轉換器」(digital-to-digital converter, DDC),可說是Hi-End音響業界的又一創舉(正申請專利中),其主要功能是將數位音樂訊源取樣頻率轉換為更高的規格,主要是對應CD的16bit/44.1kHz先昇頻到24bit/88.2kHz,再昇頻至24bit/176.4kHz,接著再轉換為 DSD信號,送入Paganini DAC進行數位類比轉換,dCS說這樣可以讓音樂的細節、音場深度與音像分離度更為精進,比起先前Scarlatti與Paganini數位類比轉換器內部直接處理音樂CD的PCM音訊更上一層樓。Martin表示另一部Puccini U-Clock從外型到型號,表明就是與Puccini SACD/CD唱盤相對應的「升級組合」,兩者相連接後時基誤差可由原本已經很低的10ppm,再降到更低微的1ppm,自然使得音樂的重播為精準。

另一方面,Scarlatti Upsampler、Paganini Upsampler與Puccini U-Clock三者共通的功能是具備USB輸入,與絕大多數「USB DAC」不同的是dCS之USB連接採用「非同步模式」運作,相對於個人電腦內不精準的時鐘信號,這三部器材與個人電腦連接都會傳送同步訊號給個人電腦,讓個人電腦以其精準的時鐘與極低的時基誤差去控制音樂檔案播放,音質便能得到極大的提昇。換句話說,透過這三部新機的「加持」,dCS由Scarlatti、Paganini到Puccini的全系列製品全都擁有數位音樂檔案播放的能力了。不過,目前市面上也有不少Hi-End音響廠商推出內建硬碟、可擷取CD音樂檔案並儲存的播放機,對於想要把音樂CD轉為數位音樂檔案播放的消費者,是不錯的「一體化服務」選擇,未來dCS是否也會推出類似的產品?面對我這個問題,Martin說dCS認為新製品所提供的USB輸入聲音表現已十分優異,將音樂檔案的轉檔及播放交由個人電腦執行並無不妥(甚至還更有彈性且有更多選擇),因此目前完全沒有相關的發展計畫。確實,從規格來看,目前dCS三部新機的USB輸入最高都可對應24bit/96kHz的PCM聲音信號,看來除非日後如同HRx的24bit/176.4kHz高取樣率數位音樂檔案更風行,當前dCS的數位訊源完全都可輕鬆應對。

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